徐旺兴

(福建省龙岩市城市建设投资发展有限公司，福建 龙岩 364000)

随着城市加速发展，人口膨胀的同时对公共交通网的需要也随之提高，地下交通网络的铺设也在全面进行。其中，由于部分地区存在私人经营的煤矿，地勘资料不足，从而对采空区位置不确定，而该地区位于喀斯特地貌下，地下水极易冲刷扩张采空区位置。针对不同成因形成的地下空洞和未知区域，以及严重影响地下交通网建设过程的重大异常采空区，单一物探方法对其寻找探查的难度大、准确性不高、局限性较大，无法做到准确探明其空间位置，将对安全生产造成隐患[1,2]。

为此本文利用综合物探方法，解决地下采空区探查存在的问题和困难。利用目前常用的几种物探方法，对目部地层进行综合勘察，得到详细的地下先验信息进行分析对比，对后续实际施工进行指导，解决目部地层存在部分盲区的问题，验证地球物理方法在探查地下采空区问题上的能力[3,4]。

本文选择某地区喀斯特地貌地区，其地下工程需要穿越资料缺失的小型煤矿，采空区位置及大小不明确，存在一定的施工风险，下文将结合综合物探方法成果进行分析介绍。

1 工程概况

拟建地下工程区间两侧建筑物较为密集，主要为公路、居民楼、沿街商铺及在建住宅等。经过初期踏勘得知，该区域内存在部分私人开挖的小型煤矿，存在采空区。查明采空区分布及特征对后续施工方案、施工质量、进度、及周边建筑物的保护至关重要。

本次物探主要是采用孔中电磁波法、跨孔电磁波CT、地质雷达等综合物探方法，查明场区采空区分布及规模等情况。

2 地质概况

2.1 地形、地质情况

区域地质构造单元属扬子准地台（一级构造单元）、黔北台隆（二级构造单元）、遵义断拱（三级构造单元）、贵阳复杂构造变形区（四级构造单元），以南北向构造为主。

场区内大断层主要有乌当断层、花溪断层和六神观断层，这3 条大断层规模大，与3 号线一期工程线路不相交，但距离线路距离不大；线路北部线路穿越若干小断层。

本标段主要涉及断层为F1（花溪断层），位于中曹司向斜西翼，为一逆断层，东盘相对上升，长30km。断层线微弯曲，近南北走向，倾向东，倾角30°～70°，地层断距300～800。断层面比较隐蔽，当两盘（特别是上盘）为厚层块状白云岩时，挤压破碎带才比较发育，最宽可达100m，有角砾岩、碎粒岩及伴生小断层。大部分地段断层面与近旁岩层产状相近，并随岩层产状变化而变化，该断层似具顺层滑脱性质。该断层位于拟建区间约860m。

2.2 物探条件综合分析

本区间场地上覆土层主要为第四系人工填土、红黏土，局部为洞穴堆积，岩体结构以层状岩体为主，主要为三叠系强～中风化白云岩。根据测区野外岩土体主要物理量测量结果，测区主要岩土层的地球物理参数如表1。

表1 电磁波参数表

3 综合物探方法

3.1 跨孔电磁波CT 法

在所测两钻孔中分别布置发射天线与接收天线，固定发射天线，接收天线沿钻孔移动，每隔1m 接收一次，接收天线移动距离与孔间距近似相等。接收天线每移动一次，可得到一组射线，记为一次扫描；之后，移动发射天线，接收天线进行另一次扫描，直至发射天线移至完钻孔探测深度为止。通过两个天线的移动，多次扫描，可得到若干条射线。每条射线记录了电磁波的衰减值。在数据处理过程中，对扫描区域进行网格剖分，利用多条射线在同一网格中的交会点，经过相关换算公式求得该网格的衰减系数。再对所有网格的衰减系数进行成图，即可得出所测区域岩体的电磁波衰减关系图，结合电磁波在不同介质中传播时电磁波的衰减系数参考范围，结合钻孔资料及场区地质情况，便能精确推断出测区内的岩溶发育情况，具体原理如图1 所示。

图1 跨孔电磁波CT 示意图

3.2 孔中电磁波法

单孔电磁波反射法原理：雷达发射天线和接收天线连接在一起放入钻孔中，采用偶极子天线，以360°方向辐射和接收反射信号。数据解释与地面雷达数据基本一样，只是其信号是全空间的。从数据中无法得知反射体的方向，只能得到反射体的距离，是否呈面状分布及平面体与钻孔的夹角等信息，具体原理如图2 所示。

图2 孔中电磁波法示意图

3.3 地质雷达法

地质雷达法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术，通过发射电线发射高频电磁波，经过地下电性差异界面或目标体后反射后返回地面，由接收天线接收。高频电磁波在介质中传播时，其路径、电场强度与波形随着通过的介质的电性特性及几何形态而变化，通过对时域波形的采集、处理和分析可确定地下分界面或结构异常体的空间位置，具体原理如图3 所示。

图3 地质雷达法示意图

4 资料采集及解释

4.1 资料采集

本次跨孔电磁波CT 法使用HX-JDT-02B 型井下无线电波透视仪，孔中电磁波法使用的仪器为瑞典玛拉公司生产的RAMAC 系列雷达，使用100MHz 钻孔雷达天线，地质雷达法使用的仪器为加拿大Sensors & Software Inc 公司生产的收发分离式雷达，本次选用天线主频：50MHz。本次测量区间为K53 至K54 号孔之间，里程YDK10+844.4～ YDK10+866.4，总长22 米。

4.2 成果综合解释

三种方法的探测结果如图4-5 所示。

图4 跨孔电磁波CT 成果图图4-2 地质雷达成果图

4.2.1 跨孔电磁波CT 法

成果图上显示在地下目标埋深区域内存在两处异常区，初步判断为填充型采空区或破碎带。

4.2.2 孔中电磁波法K53 与K54 号孔成果图上显示在埋深13m 位置处均出现连续长异常区，初步判断为连通型破碎带发育区或采空区；22m 处存在较弱异常区，需结合其他方法进行分析。

4.2.3 地质雷达法

地质雷达成图上显示存在两处异常区，其中埋深20m 处存在强反射同相轴，初步推测为采空区；13m 处存在局部范围内同相轴错段、同相轴能量缺失，判断该区域为破碎带。通过三种方法综合分析对比，并结合实际钻孔资料得到如下结论：

强风化层界线标高为：1111.63～1112.78。

采空区1：最大宽度约1.85 米 （YDK10 +849.2 ～+851.05），最大洞高约0.82 米（1102.52～1103.34），为粘土充填型采空区。周围存在破碎带，其最大宽度约24.92 米，顶标高约1104.26，向下发育。

采空区2：最大宽度约3.92 米（YDK10 +864.43 ～+868.35 段），最大洞高约2.26米（1097.94～1100.2），为粘土充填型采空区。于K54 钻孔标高1097.94～1100.2 处揭露。周围存在破碎带，其最大宽度约6.89 米，最大高度3.95 米。

破碎带1：最大宽度约24.92 米（YDK10 +844.4 ～+869.32 段），最大洞高约3.06米（1101.2～1104.26）。K53 钻孔揭露该处岩芯呈碎块状，可见溶孔和溶蚀裂隙。

K54 钻孔揭露该处岩芯呈碎块状，可见溶孔和溶蚀裂隙。

图5 孔中电磁波法波形图

破碎带2：最大宽度约6.89 米（YDK10+862.93～+869.82 段），最大洞高约3.95 米（1197.62～1101.17）。k54钻孔揭露该处岩芯呈碎块状，可见溶孔和溶蚀裂隙。

5 结论

5.1 通过综合物探方法对地下采空区、异常区及影响施工的探测盲区进行了全方面探查，通过多种方法对比验证，准确地标定出异常区域的空间位置，综合推断分析出异常体的成因，提供准确的先验信息，做好为后期施工服务的准备工作。

5.2 施工后续开挖中验证了本次综合物探所探测到的异常区，表明综合探测方法在未知区域地下采空区探查中具有良好的结果，特别针对喀斯特地貌地下水发育坚强，容易扩张采空区范围的地区，具有良好的针对性和准确性。

5.3 综合多种物探方法的探测能提供更准确的地下信息，改善过去由于先验信息不足或者单一方法局限性产生的相关施工事故，具有广阔的应用前景。